鐵路貨車鉤舌失效原因分析及建議

摘 要：針對鉤舌在檢修過程中發(fā)現(xiàn)的失效件進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)因鉤舌厚度磨耗過限和鉤舌牽引臺、S面裂紋過限而失效的較多，分析其產生的原因，并提出加強質量檢查及質量控制的改進建議。

關鍵詞：貨車鉤舌；裂紋；磨耗過限；原因分析

1 問題提出

鉤舌是機車車輛之間的關鍵連接部件。鉤舌的作用是用來實現(xiàn)機車與車輛或車輛與車輛之間的連掛和傳遞牽引力以及沖擊力，并使車輛之間保持一定的距離。列車在運行過程中，鉤舌將頻繁受到牽拉力、壓縮力以及沖擊力作用，致使鉤舌時常產生裂紋、磨耗等故障，直接影響到車輛的運行安全。隨著列車向高速、重載的方向發(fā)展，鉤舌在運用過程中承受越來越大的各種交變力的作用，導致鉤舌的故障率越來越高。列車運行過程中如果鉤舌失效，容易造成列車分離、迫使車輛發(fā)生緊急制動、造成輪對遭擦傷等，嚴重時會造成車輛脫軌顛覆的重大事故。因此，在對鉤舌進行段修時要加強對鉤舌故障的檢查、采取合理的檢修工藝，提高鉤舌的檢修質量，保障列車的運行安全。

2 調查統(tǒng)計分析

當鉤舌喪失其應有的功能時即稱為鉤舌失效?！惰F路貨車段修規(guī)程》（鐵運[2012]202號）中規(guī)定鉤舌失效的條件是：普碳鋼鉤舌裂紋時失效；C級鋼、E級鋼鉤舌上下彎角處裂紋，S面裂紋長度超過30mm時失效；鉤舌牽引臺根部圓弧裂紋長度超過30mm時失效；鉤舌護銷凸緣部分缺損時失效，裂紋向銷孔內延伸大于10mm（凸臺高度除外）時失效；鉤舌外脹大于6mm時失效；沖擊臺缺損或銷孔邊緣裂紋延及鉤舌體時失效；鉤舌銷孔直徑超過54mm時失效；13號鉤舌內側面和正面磨耗剩余厚度小68mm時失效；鉤舌實行壽命管理，使用時間（以鉤舌制造標記為準）滿20年以上的鉤舌失效。

鉤舌檢修時需要進行拋丸除銹并使用復合磁化的探傷機進行濕法磁粉探傷檢查。探傷部位如圖1、圖2所示。磁粉探傷是建立在漏磁場基礎上的檢測技術當鐵磁性材料被磁化后，工件表面和近表面存在裂紋時，會使磁力線發(fā)生畸變，磁力線溢出工作表面形成漏磁場，吸引磁粉形成磁痕，從而顯示缺陷大小、位置和方向。

對南京東車輛段徐州北檢修車間在2015年1月～5月期間檢修鉤舌過程中發(fā)現(xiàn)的271個失效件進行統(tǒng)計分析，具體結果如表1、圖3所示。在實際段修工作中，13號鉤舌S面過限、鉤舌牽引臺根部圓弧裂紋、鉤舌內側面上下彎角處裂紋、鉤舌銷孔兩端裂紋、砂孔裂紋以及其他裂紋經過磁粉探傷鑒定后超過尺寸限度的作為失效件處理，超過年限或制造標識不清的鉤舌就直接作為失效件處理。并且我們發(fā)現(xiàn)17型鉤舌因鑄造缺陷而失效的情況較多。由表1可知，由于S面過限而失效的鉤舌所占比例最大，為61.26%；其次是下牽引臺裂紋根部過限，并且裂紋鉤舌下牽引臺磨耗嚴重，上牽引臺磨耗較輕，進一步調查發(fā)現(xiàn)17型鉤舌產生下牽引臺裂紋過限較多；上銷孔過限所占比例也較大，為11.07%。因此，在檢修鉤舌時應重點檢查S面、下牽引臺根部和上銷孔部位。

從圖3中可以看出，下牽引臺裂紋過限多發(fā)生在鉤舌服役5～8年這一區(qū)間；S面裂紋過限多發(fā)生在鉤舌服役8～11年這一區(qū)間；鉤舌S面厚度磨耗過限多發(fā)生在鉤舌服役11～14年這一區(qū)間。因此，在檢修鉤舌時應對服役了5年以上的鉤舌進行重點檢查。

3 裂紋與磨耗形成的原因

鉤舌裂紋形成的原因主要有以下兩大方面：

（1）鉤舌本身的形狀特征和工作狀況。鉤舌在工作中主要受到牽拉力和壓縮力的作用，如圖4所示。鉤舌受到牽引力時，牽引臺傳遞牽引力，當牽引臺之間的磨耗使間隙增大時，護銷突緣與牽引臺一起傳遞牽引力；當各突緣之間的磨耗后的間隙均增大時，則牽引臺、護銷突緣與鉤舌銷三者共同受力。鉤舌受到壓縮力時，沖擊臺傳遞壓縮力；當沖擊臺與鉤內腔壁因磨耗使間隙加大時，則牽引臺、護銷突緣與鉤舌銷三者共同受力。

（2）鑄造缺陷。鉤舌材質為低合金鑄鋼，結構差異較大，在鑄造過程中主要存在以下方面的問題：a.鉤舌為不規(guī)則的鑄鋼件，且相鄰平面壁厚差異較大，相交處容易形成熱節(jié)，易產生熱裂紋、縮孔、疏松等缺陷。這些缺陷出要出現(xiàn)在牽引臺和鉤舌銷孔處。b.局部鑄造圓角較小，鑄造應力集中，容易產生裂紋缺陷，如牽引臺根部。

3.1 鉤舌S面磨耗與裂紋的原因分析

車輛之間的連掛是通過鉤舌S面之間的相互咬合來實現(xiàn)的，車輛在運行過中，鉤舌S面不斷地受到拉伸和壓縮力的作用以及連掛鉤舌之間的相對運動，經常使得鉤舌S面產生裂紋和嚴重磨耗。如果這類裂紋沒有被發(fā)現(xiàn)，隨著拉伸和壓縮次數累積到一定量時就會使鉤舌發(fā)生疲勞折斷。在檢修過程中發(fā)現(xiàn)鉤舌S面下部磨耗量較上部為大，多屬于鉤頭下垂所造成，因為鉤頭自重較大，加上車鉤托梁彎曲或磨耗板磨損，使鉤頭下垂。鉤舌S面磨耗會使鉤舌的強度降低，并且加大了與鉤腕內側的距離。當大于規(guī)定限度時，在列車運行中，遇到較大的沖擊力和振動，或行駛在曲線半徑較小的線路上，由于車輛偏移，鉤頭擺動，易使鉤舌滑出，造成列車分離事故。

3.2 鉤舌下牽引臺磨耗與裂紋的原因分析

車輛在運行過程中，由于兩車鉤連掛時鉤舌受到縱向的牽引力，鉤體牽引臺以及鉤舌牽引臺是最主要的受力部位之一[2]，并且鉤舌牽引臺根部為變截面，過渡圓角較小，因此該部位成為鉤舌應力集中部位，由于長時間受到拉力與沖擊力作用，導致牽引臺根部極易產生疲勞裂紋。隨著列車向高速、重載的方向發(fā)展，牽引臺根部圓弧產生疲勞裂紋的頻率越來越高。在對鉤舌進行檢修過程中發(fā)現(xiàn)下牽鉤舌引臺根部出現(xiàn)裂紋的情況較多。這是因為車輛在長時間的運行時，使得鉤舌下鉤舌銷孔底面與下鉤耳上平面接觸部位的磨耗使鉤舌位置逐漸下移[2]，鉤舌自重較大加上車鉤托梁彎曲或磨耗板磨損，使鉤頭下垂情況比鉤頭上翹情況多，在下垂狀態(tài)下，列車啟動時，鉤舌下牽引臺首先受力瞬間所受牽拉力很大，易使鉤舌下牽引臺根部產生裂紋。當車輛處于連掛狀態(tài)時，下牽引臺始終處于受力或接觸磨耗狀態(tài)，從而導致下牽引臺磨耗較上牽引臺嚴重。

3.3 鉤舌銷孔磨耗與裂紋的原因分析

在正常狀態(tài)下鉤舌銷是不受力的，但由于車鉤在長期服役過程中，隨著速度的提高、載重的增加，促使牽引臺和沖擊臺磨耗的加劇，但由于受到結構限制，無法對牽引臺和沖擊臺進行加修，使得鉤體牽引臺、沖擊臺與鉤舌牽引臺、沖擊臺之間的間隙大于鉤舌與鉤耳孔之間的間隙，導致鉤舌銷和鉤耳受力，鉤舌銷孔經常發(fā)生磨耗使鉤舌銷孔壁逐漸變薄，從而導致鉤舌銷孔產生裂紋，并且裂紋多發(fā)生在鉤舌銷孔兩端處。

3.4 鉤舌內側面彎角處裂紋的原因分析

鉤舌內側面的上、下彎角處多產生裂紋。造成此現(xiàn)象的主要原因是該部位的截面變化較大，容易產生應力集中。由于鉤舌內側面彎角處鉤舌的斷面變化較大，在運行牽引時就會有較大的拉應力集中，并且在駝峰上進行調車編組或緊急制動時，產生巨大的壓縮力使得鉤舌內側面的彎角處集中較大的彎曲應力。因此，在運行過程中，經過多次反復的拉伸和壓縮，容易使鉤舌內側面彎角處產生疲勞裂紋[3]。兩鉤連掛，在同一水平線上時，鉤舌全面接觸，為整體受力；如不在同一平線上時，鉤舌成八字形或倒八字形接觸受力，應力集中在彎角處。

4 建議

失效分析的目的在于提出對策及建議。通過分析鉤舌失效的原因以及結合目前鉤舌檢修的現(xiàn)狀，提出以下建議：（1）提高職工質量意識和安全意識，并且改善職工工作環(huán)境，確保檢修質量。（2）嚴格執(zhí)行新進鉤舌的質量驗收制度，杜絕將有鑄造缺陷的鉤舌裝車使用。（3）加速淘汰C級鋼材質的鉤舌，更換為E級鋼材質的鉤舌，確保鉤舌擁有可靠的強度。（4）對鉤舌的牽引臺根部、鉤舌S面內側上下彎角處部分進行重點探傷檢查。（5）建議在檢修鉤舌時應對服役了5年以上的鉤舌進行重點檢查。

參考文獻

[1]鐵路貨車段修規(guī)程（鐵運[2012]202號）[S].北京：中國鐵道出版社，2012.

[2]李嘉.鉤體下牽引臺裂紋原因分析及對策[J].科學中國人，2014（2）：11-13.

[3]鄭天久.客車車輛鉤舌報廢過多原因分析及改進建議[J].上海鐵道科技，2013（3）：61.